作者:王晓临等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2020/1/9 14:21:21
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液态金属室温“类超流体”穿越现象

穿越具有纳米/微米孔洞结构的固体是超流体(如液氦)的三个重要的宏观现象之一。零粘度赋予了液氦超流体在流动中不受任何阻力的能力,从而导致其惊人的穿透现象和其他超流体的现象。然而,液氦超流体穿透效应仅在几乎为0 K的极低温度下才能出现,也就是所谓的量子态或量子流体中。而对于传统的液滴(如水和油),在室温条件下,虽然由于毛细作用,液滴可扩散或渗透到具有孔隙结构的材料里,但它们的表面张力使它们不能够穿透多孔材料。

最近,澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料所,澳大利亚基金会国家未来低能电子技术优秀中心,王晓临教授的团队首次发现了电压诱导的液态金属室温“类超流体”穿越现象。相关成果以“Voltage Induced Penetration Effect in Liquid Metals at Room Temperature”为题发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)

近些年来液态金属以其低温液态、高表面张力、导电导热等特性吸引了科学家们的注意,为研制柔性电子器件、软体机器人等提供了新的思路。

作为液态金属的重要成员,镓铟锡合金液滴本身具有极大的表面张力,在空气或NaOH溶液中呈现球体的形态。而若对浸润在NaOH溶液中的液滴施加正电压时,液滴在电化学反应的作用下会迅速形成一层表面氧化物,使得表面张力降低到几乎零。因次,液滴会出现铺展现象。

研究者们在实验过程中观测到液态金属液滴在未通电情况下不能穿透多孔材料,这是由于液态金属的高表面张力平衡了液滴的重力,使得液滴稳定在多孔材料上不能穿透。然而当对液滴施加正电压后,液态金属表面张力会急剧减小到接近零,因此重力在此时占据了主导效应。由于液滴金属氧化膜处在动态平衡状态下,氧化膜厚度保持在2-3nm,液态金属也从而可以保持极好的流动性。最终液态金属液滴可以穿过多孔材料,从而实现了室温条件下类似超流体的液体穿透效应。

研究者还发现,在室温下液态金属可以穿透不同厚度的不同种类的不同多孔孔径的材料,比如,海面体,金属或塑料网,甚至餐巾纸等。

这是该团队继发现其他液态金属奇异现象如非接触瞬间形成图案化,过冷态液态金属同时形变和固化,和心脏跳跃等现象的又一重要发现。

该研究展现了液态金属在微流体领域具有更多的应用空间。展示了比如对于封闭系统内的电子电路的修复或调整。该发现能进一步促进对于其潜在流体状态的探索。

该研究由澳大利亚研究理事会(ARC)未来学者计划和卓越中心的未来低能耗电子技术(fleet)的资助。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwz168

 
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